UNO DE LOS FENÓMENOS MÁS ESTUDIADOS Y MÁS ESPECTACULARES EN LA ASTROFÍSICA ACTUAL es la emisión intensa y “repentina” de las denominadas fuentes transitorias (transients en inglés), objetos astrofísicos que no tienen una emisión permanente en el tiempo sino que, en algún momento de su vida, emiten luz de forma brusca.
En algunos casos, estos objetos repiten episodios de actividad con un ritmo fijo, como en el caso de los púlsares. En otros sufren estallidos que van acompañados de variaciones en su estructura, como sucede en los microcuásares o en las erupciones estelares. Pero en otros tienen un origen catastrófico, de manera que suceden en unas circunstancias únicas que conducen a la desaparición del objeto astrofísico. Es el caso de las supernovas o los estallidos de rayos gamma (GRBs), cuya emisión está asociada con un proceso de colapso de las estrellas muy masivas.
Dependiendo del mecanismo responsable de su emisión, las fuentes transitorias pueden clasificarse en dos grandes grupos. En el primero se hallarían los objetos que emiten radiación sincrotrón incoherente, que se caracterizan por estar asociados con eventos explosivos (supernovas) o fenómenos de acreción (microcúasares o núcleos activos de galaxias –AGNs-), tienen una variabilidad relativamente lenta y una temperatura de brillo limitada a valores del orden de 10¹² grados kelvin (la temperatura de brillo sería la temperatura del cuerpo negro que tuviera una densidad de flujo equivalente al del objeto astronómico). De este tipo de objetos (tormentas solares, radio estrellas, microcuásares, supernovas o AGNs) pueden obtenerse imágenes y estudiar su variación estructural con el tiempo. Así, se ha cartografiado la expansión angular de radio supernovas y remanentes de supernova, o los jets relativistas de microcuásares o AGNs.
En un segundo grupo se hallarían los objetos que presentan emisión coherente, se caracterizan porque presentan una variabilidad relativamente rápida (escalas temporales inferiores al segundo), muestran emisión muy polarizada, un espectro que disminuye con la frecuencia de observación y temperaturas de brillo muy altas (muy por encima de 10¹² K). En general son objetos muy compactos, de modo que no se ha podido estudiar su estructura en detalle. Por ello, no se ha medido variabilidad estructural y se han estudiado fundamentalmente mediante series temporales. Son objetos de este tipo los púlsares, con temperaturas de brillo de entre 1020 y 1024 grados, los RRATs, que emiten más esporádicamente y con fuerte variabilidad de pulso a pulso, los magnetares, y unas fuentes recientemente caracterizadas denominadas “Explosiones o ráfagas de radio rápidas” (FRBs, del inglés Fast Radio Burst) que alcanzan temperaturas de brillo de hasta los 1036 grados kelvin. Estos son los objetos que abordamos en este artículo.

Pero, ¿qué son los FRBs?

Los FRBs son pulsos de emisión en ondas de radio, con una duración de milisegundos, que parecen originarse fuera de nuestra Galaxia. Fueron encontrados casualmente en observaciones que se llevaron a cabo con el radiotelescopio de Parkes, en Australia. El primero fue identificado en el año 2007, aunque se detectó en el año 2001. Por esa razón se le conoce con el nombre de FRB010724 (donde las letras FRB son el acrónimo de Fast Radio Burst y los números representan la fecha de su observación) o también como el Lorimer burst, debido al nombre de su descubridor. FRB010724 tuvo un brillo muy intenso (30 Janskys) y duró cinco milisegundos. Desde entonces, se identificaron otros FRBs en los archivos del telescopio de Parkes, pero como inicialmente todos estos fenómenos habían sido detectados solo con el telescopio australiano se pensó que podrían estar asociados con algún error instrumental local, por ejemplo en la electrónica del sistema. Sin embargo, en los años 2014 y 2015 se identificaron dos eventos más en los archivos de otros telescopios distintos, el FRB121102 por el telescopio de Arecibo y el FRB110523 por el telescopio de Green Bank. Ello validaba su existencia. Eran fenómenos realmente excepcionales: emitían tanta luz como la que emitiría el Sol en diez mil años y el tamaño de la región emisora debería ser inferior a unos cientos de kilómetros.
Los FRBs son difíciles de observar porque son impredecibles y de muy corta duración. Por ello, para su detección se necesitan telescopios que realicen cartografiados de grandes regiones del cielo y sean capaces de  detectarlos. Hasta ahora se han detectado unos diecisiete objetos*.
Se supone que cientos de estos eventos suceden cada día, de forma que si se detectaran se convertirían en pruebas cosmológicas, es decir, trazarían la densidad del medio interestelar e intergaláctico en múltiples direcciones y medirían, por lo tanto, la distribución de materia en el universo. De hecho, el reciente descubrimiento de la galaxia que, en principio, alberga al FRB150428, ha permitido determinar la densidad de bariones (partículas formadas por quarks) en el medio intergaláctico.
Por otro lado, dado que se trata de objetos compactos estelares, su entendimiento más profundo permitirá avanzar en el conocimiento de numerosos aspectos de física fundamental, como la gravedad extrema.

¿Cuál es el origen de estas ráfagas de radio?

Hay numerosas hipótesis sobre su naturaleza. La mayoría de ellas apuntan a que se trata de fuentes extragalácticas, debido al retraso con que llega la señal de bajas frecuencias con respecto a las de alta, dado que atraviesan un medio que puede aproximarse como un plasma frío. Este medio puede ser de origen galáctico como el medio interestelar ISM (del inglés InterStellar Medium) o de origen extragaláctico como el medio intergaláctico IGM (del inglés InterGalactic Medium). Este retraso se conoce como medida de dispersión, DM (del inglés dispersion measure).
Un ejemplo concreto que muestra la demora en la llegada del pulso a bajas frecuencias puede verse en la imagen inferior izquierda. En el cálculo de la medida de dispersión hay que tener en cuenta la contribución tanto del medio interestelar como galáctico, además de la del  ambiente cercano al progenitor del FRB. Precisamente, los valores tan altos de la medida de dispersión, mucho mayores que los que cabría esperar si se produjeran solo en nuestra Galaxia, fueron la primera prueba de su origen extragaláctico. Sin embargo, hay que ser cautos porque la contribución galáctica a la medida de dispersión se calcula a través de modelos que podrían subestimar su valor y, por tanto, no se puede excluir definitivamente un origen galáctico, aun cuando parezca muy poco probable.
Al principio, una de las interpretaciones más apoyadas esgrimía que el FRB se debía al colapso de una estrella de neutrones, una vez que la presión de degeneración de los neutrones no puede sostenerla y se convierte en una agujero negro. Otros autores sugerían que los FRBs podrían estar asociados con la colisión de estrellas de neutrones o también con los GRBs de corta duración. O incluso podría ser una estrella tipo púlsar o magnetar (un púlsar muy joven), con un campo magnético muy intenso.

Resultados contradictorios

La investigación sobre los FRBs es muy reciente y muchas veces contradictoria. En los últimos meses se han publicados dos artículos que chocan aparentemente en sus resultados:
Por un lado, Keane et al. (2016, Nature 530, 453) han detectado el FRB150418 y localizado por primera vez su contrapartida, una fuente transitoria (técnicamente, denominada afterglow) cuya emisión ha durado unos seis días. De este modo han podido determinar el corrimiento al rojo (la distancia) de la galaxia en la que explotó, simultáneamente a la medida de dispersión. Obviamente, todavía no pueden establecerse conclusiones sobre las propiedades de las galaxias anfitrionas en las que se producen los FRBs, pero los primeros datos parecen indicar que, en el caso de FRB150418, la galaxia presenta una baja tasa de formación estelar. Ello parecería indicar que los modelos que asocian los FRBs con un magnetar joven, que suponen formación estelar reciente, podrían descartarse. Sin embargo, hay que ser cuidadosos con la interpretación, porque la asociación del FRB y la galaxia debe confirmarse. En la imagen superior de la página contigua se muestra la región del cielo donde se detectó el FRB, así como las posiciones de apuntado del receptor del telescopio de Parkes que permite estudiar trece campos de visión simultáneamente. El FRB se detectó en el campo número cuatro, cuyas imágenes amplificadas se muestran en el lateral.
La existencia de esta fuente transitoria permitió a estos autores sugerir que el FRB podría asociarse con un fenómeno explosivo, en concreto una explosión de rayos gamma (GRB) de corta duración. Sería un fenómeno explosivo, la etapa final de la vida de una estrella o la coalescencia de un sistema estelar (por cierto, una fuente potencial de emisión de ondas gravitatorias). Descartarían un fenómeno tipo pulsante.
Por otro lado, Spitler et al. (2016, Nature 531, 202) han encontrado por primera vez un FRB cuya emisión se ha repetido, aunque no de forma periódica. Así, se han encontrado diez eventos adicionales en la dirección de FRB121102, ya identificado en el año 2014 en los archivos del telescopio de Arecibo, y todos ellos con la misma medida de dispersión y con una posición consistente con la primera explosión. Ello supondría que el origen de los FRBs no sería un fenómeno explosivo que acaba con la vida de la estrella, sino que la emisión parecería asociada con pulsos de una estrella de neutrones joven, situada fuera de nuestra galaxia y que estuviera muy magnetizada. La búsqueda de eventos se realizó con el radiotelescopio de Arecibo, utilizando un receptor que permite estudiar siete campos de visión simultáneamente. En la imagen de la derecha se muestran las regiones vecinas al evento original (identificado con el numero 1) donde se realizó la búsqueda: cuatro de las detecciones fueron en uno de los campos (identificado con los numero 2-5) y las otras seis en un segundo campo de búsqueda, próximo al anterior (identificado con los numero 6-11).
Todos los eventos muestran la misma medida de dispersión, por lo que provienen de la misma región del cielo. Sin embargo, tienen diferentes perfiles de emisión, diferentes flujos e incluso diferente distribución espectral. Los autores descartan que estas variaciones puedan deberse a la refracción de la radiación en el medio interestelar o a efectos de lente gravitacional, y favorecen que los diferentes perfiles se deban a razones intrínsecas.
Aparentemente, los resultados son contradictorios entre sí y necesitarán ser investigados en detalle. Y tampoco es descartable que haya varias familias diferentes de FRBs, como ya ha sucedido con los GRBs. Solo la investigación futura lo dirá.

La naturaleza de los FRBs

Se han considerado numerosas hipótesis para la naturaleza de los FRBs, todas ellas con sus pros y sus contras. Si fuera un objeto catastrófico, serían explicaciones posibles un GRB de corta duración o el proceso de fusión de una binaria u otro proceso de colapso estelar.
En cambio, si fuera un objeto que repite, se abren diferentes opciones:
a) Podrían ser flares (estallidos) en estrellas galácticas. El valor tan alto de la medida de dispersión requeriría que existiera material en la corona estelar, pero no podría explicar el valor tan similar que se encuentra para todos los eventos.
b) Podrían ser planetas orbitando en torno a un púlsar con un viento fuertemente magnetizado, de forma que se produjera un estallido por periodo orbital. Sin embargo, la separación entre eventos consecutivos es demasiado pequeña.
c) Podrían ser explosiones gigantes en los magnetares. Los magnetares son estrellas de neutrones con un campo magnético extremadamente intenso. Es un tipo de púlsar que emite enormes cantidades de rayos X y gamma en periodo de tiempo muy corto.  La vida activa de un magnetar es corta, ya que sus potentes campos magnéticos se desmoronan pasados los diez mil años, perdiendo consecuentemente su vigorosa emisión de rayos X. Sin embargo, no se conoce ningún magnetar que haya mostrado actividad reincidente de grandes estallidos de emisión.
d) Podría ser un pulso de emisión gigante de un púlsar extragaláctico, como el púlsar de la nebulosa del cangrejo. Son las fuentes conocidas como Nano Shots (pueden verse en la primera imagen). Es una opción plausible, que explicaría la variabilidad entre diferentes eventos, pero todavía no está claro cómo se podría producir tanta energía.
Solo la detección de nuevos eventos permitirá conocer la física de estos objetos. Uno de los primeros pasos para clarificar su naturaleza será establecer con precisión su localización en el cielo, su distancia y su asociación con una galaxia anfitriona.
Para esta investigación, se necesitarán telescopios muy sensibles. Es importante recordar que el telescopio de Arecibo tiene una sensibilidad mayor que el telescopio de Parkes (305 metros frente a 76 metros) y, por tanto, no se puede excluir que también los FRBs detectados con Parkes pudieran repetir su actividad. Por ejemplo,  en el caso del FRB121102 detectado por Arecibo, Parkes habría sido capaz de detectar tan solo dos de los diez eventos adicionales. Futuros telescopios como SKA serán esenciales para esta investigación.